Was ist die Anforderung der Reaktionsgeschwindigkeit für Dioden in Kommunikationsgeräten?
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一 Die Kernbedarf von Kommunikationsgeräten für die Diodenreaktionsgeschwindigkeit
Die Nachfrage nach Dioden -Reaktionsgeschwindigkeit in Kommunikationsgeräten beruht auf drei großen technischen Herausforderungen:
Hochgeschwindigkeitssignalintegrität: Die PCIe 6.0 -Schnittstelle benötigt eine Signalanstiegszeit von weniger als oder gleich 50 PS, und die entsprechende Diode sollte eine Antwortgeschwindigkeit von haben<10ps to avoid signal distortion.
Transiente Schutzvorstellung: ESD -Schutzgeräte müssen innerhalb von 1 ns die Klemmwirkung abschließen, um zu verhindern, dass eine vorübergehende Überspannung in den Chip eindringt.
Optical communication sensitivity: 100Gbps optical module requires PIN photodiode rise time ≤ 50ps and quantum efficiency>70% zur Unterstützung der Long - Distanzübertragung.
Als Beispiel muss ihr RF-Front {- -D-Ende Schottky-Dioden (z.
2, der technische Implementierungspfad der Diodenreaktionsgeschwindigkeit
1. Die strukturelle Optimierung verbessert die Reaktionsgeschwindigkeit
Pin Photodiode: Durch Einsetzen einer intrinsischen Schicht (I-Schicht) zwischen den P- und N-Regionen wird die Breite der Depletionsregion auf 10-100 & mgr; m verlängert, wodurch die Trägerdriftzeit auf 0,1-1 ns verkürzt wird. Zum Beispiel hat die IngaaS -Pin -Diode eine Reaktionsfähigkeit von 0,84 A/W und eine Anstiegszeit von<50 ps at a wavelength of 1.55 μ m.
Avalanche Photodiode (APD): Nutzung der Avalanche -Multiplikationseffekt zur Verbesserung der Verstärkung und zur Optimierung der elektrischen Feldverteilung, um die Transitzeit zu verkürzen. In einem 10 -Gbit/s -System hat INP/INGAAS -APD beispielsweise eine Reaktionszeit von weniger als 100 PS und eine Gewinne von bis zu 100 Mal.
2. Materialinnovation bricht durch Leistungs Engpässe durch
Breite Bandgap -Halbleiter: Materialien wie GaAs und 6H sic haben eine hohe Elektronenmobilität (GaAs bis zu 8500 cm ²/V · s), was die Driftgeschwindigkeit der Träger erheblich verbessern kann. Zum Beispiel haben Gaas -Pin -Dioden eine Antwortzeit von weniger als 30 PS im Frequenzband von 10 GHz.
Heteroübergangsstruktur: InGaAs/INP -Heteroübergang reduziert den Dunklen Strom und verbessert die Reaktionsgeschwindigkeit durch Band Engineering. Zum Beispiel hat eine Heterojunction -Pin -Diode einen dunklen Strom<2nA and a responsivity>0,6a/w bei einer Wellenlänge von 1,3 & mgr; m.
3.. Verpackungs- und Schaltungskollaborationsdesign
Niedrige Kapazitätsverpackung: Verwenden der Flip -Chip -Technologie, um die Übergangskapazität auf unter 0,1PF zu reduzieren. Beispielsweise ist die DW05 - 4R2PC-S ESD-Diode in 3D verpackt und verfügt über eine Übergangskapazität von nur 0,2PF, wobei die Übertragung von 20 Gbit / s über USB4-Grenzfläche unterstützt wird.
Übereinstimmungskreisoptimierung: Kompensation der dioden parasitären Parameter durch RLC -Schaltung, um die RC -Zeitkonstante zu verringern. Zum Beispiel wird im Entwurf von 5G RF Front - End ein π - -Typfilterungsnetzwerk verwendet, um die Diode -Antwortzeit auf zu optimieren<20ps.
3, Anforderungen an die Dioden -Reaktionsgeschwindigkeit typischer Kommunikationsgeräte
1. Glasfaserkommunikationsgeräte
Light receiving module: 100Gbps QSFP28 optical module requires PIN diode rise time ≤ 30ps and quantum efficiency>80%. Zum Beispiel verwendet das FTLX8571D3BCL -Modul von Finisar InGaAs -Pin -Dioden und unterstützt 10 km Getriebe.
Optischer Verstärker: EDFA (Erbium - Dotierter Faserverstärker) benötigt APD für die optische Leistungsüberwachung mit einer Antwortzeit von<50ps and a dynamic range of>60 dB.
2. drahtlose Kommunikationsgeräte
RF Front - Ende: Die RF -Front - Ende der 5G -Basisstationen erfordert die Verwendung von Schottky -Dioden zum Mischen und Erkennung mit einer Antwortzeit von<30ps and a cutoff frequency of>40 GHz. Zum Beispiel hat die SMS7630-079LF-Diode von SkyWorks einen Umwandlungsverlust von weniger als 7 dB im 28-GHz-Frequenzband.
Antennenschalter: Der Antennenschalter des TDD -Systems erfordert eine Pin -Diode mit einer Schaltzeit von<50ns and an isolation of>40db. Zum Beispiel unterstützt Qorvos QPD1025L -Diode das 2,6 -GHz -Frequenzband mit einem Einfügungsverlust von<0.3dB.
3.. Datenkommunikationsgeräte
Hochgeschwindigkeitsgrenzfläche: PCIE 5.0/6.0 -Schnittstellen benötigen die Verwendung von ESD -Dioden mit niedriger Kapazität mit Reaktionszeit<10ps and junction capacitance<0.1pF. For example, Nexperia's PESD5V0S1BA diode supports 8kV contact discharge and clamp voltage<8V.
Server -Netzteil: Der Oring -Controller benötigt Schottky -Dioden für die Blockierung des Umkehrstroms mit einem Vorwärtsspannungsabfall von weniger als 0,3 V und einer Rückgewinnungszeit von weniger als 10 ns. Zum Beispiel unterstützt Vishays VS-10BQ100-Diode 10A-Strom mit einem Vorwärtsspannungsabfall von nur 0,28 V.
4, Reaktionsgeschwindigkeitstest und Optimierung in der technischen Praxis
1. Testmethode
Time domain testing: Use an oscilloscope (bandwidth>50 GHz), um die Anstiegs-/Fallzeit der Diode zu messen. Zum Beispiel kann das Keysight DSOX95004A -Oszilloskop die Reaktionszeiten von genau messen<10ps.
Frequenzdomänen -Test: Verwenden Sie einen Netzwerkanalysator (VNA), um die S -Parameter zu testen und die Dioden -Grenzfrequenz zu bewerten. Beispielsweise können Rohde & Schwarz ZnB20 VNA den Frequenzgang bis zu 20 GHz messen.
Transiente Tests: Verwenden Sie einen ESD -Simulator (z. B. ESD3000 des EMC -Partners), um ± 15 kV -Impulse anzuwenden, um die Klemmgeschwindigkeit der Diode zu überprüfen.
2. Optimierungsstrategie
Multi -Level -Schutzarchitektur: Drei -Level -Schutz wird in hohen - -Verschnittoberflächen, einschließlich TVS -Dioden, gemeinsamen Modemodus -Drogen und ESD -Dioden mit niedriger Kapazität, angewendet, um den Antwortdruck einzelner - Stufe zu verringern.
Temperaturkompensationsdesign: Um das Problem des Dunkelstroms mit der Temperatur anzugehen, wird ein negativer Temperaturkoeffizientenwiderstand (NTC) zur dynamischen Vorspannungsanpassung verwendet. Beispielsweise wird in InGaAs -Pin -Dioden die Dunkelstromänderungsrate von 5%/ Grad auf 1%/ Grad bis NTC reduziert.
Anpassungsschaltung: Integration eines abstimmbaren Übereinstimmungsnetzwerks in die Front -Front -, um die Diode -Reaktionsgeschwindigkeit basierend auf der Betriebsfrequenz dynamisch zu optimieren. Beispielsweise unter Verwendung von MEMS -Schaltern, um 50 Ω -75 Ω Impedanzumschaltung zu erreichen und die Reflexionsverluste zu verringern.
